OrgChem Lecture 3 … · Алканы Общая информация 2 Алканы (CnH2n+2) - это простейший класс органических соединений,

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Лекция 4 Алканы. Циклоалканы. Синтез. Химические свойства

лектор Бунев Александр Сиясатович

Институт Химии и Инженерной Экологии кафедра

«Химия, Химические Процессы и Технологии»

Алканы Общая информация

2

Алканы (CnH2n+2) - это простейший класс органических соединений, не содержащих какой либо функциональной группы. Синонимы - предельные углеводороды, парафины.

d(C-H) - 1.087 Å ∠(H-C-H) - 109.28º

Формула НазваниеCH4 метанC2H6 этанC3H8 пропанC4H10 бутанC5H12 пентанC6H14 гексанC7H16 гептанC8H18 октанC9H20 нонанC10H22 деканC11H24 ундеканC20H42 эйкозан

Алканы Физические свойства

3

Формула Название Температура кипения, ºС

Температура плавления, ºС

Плотность, г/мл

CH4 метан -162 -183 0.415C2H6 этан -88 -183 0,561C3H8 пропан -42 -188 0,583C4H10 бутан -0.5 -139 0,579C5H12 пентан 36 -130 0,626C6H14 гексан 69 -95 0,660C7H16 гептан 98 -91 0,683C8H18 октан 126 -57 0,702C9H20 нонан 151 -53 0,718C10H22 декан 174 -30 0,730C11H24 ундекан 196 -26 0,740C12H26 додекан 216 -10 0,748C13H28 тридекан 235 -5 0,756C14H30 тетрадекан 254 6 0,762C15H32 пентадекан 271 10 0,768C20H42 эйкозан 343 37 0,788

C100H202 гектан - 115 0.837


4


5


6

Алканы Номенклатура ИЮПАК

7

Название предельных (насыщенных) углеводородов характеризуется окончанием «АН»; Все разветвленные алканы рассматриваются как производные углеводорода с наиболее длинной цепью атомов углерода, содержащих одну или несколько алкильных групп в качестве заместителей; Нумерацию наиболее длинной цепи начинают с конца, ближнего к первому разветвлению; Каждый заместитель в цепи обозначается номером и группы называются в алфавитном порядке; Если при одном и том же атоме углерода находятся два заместителя, цифра указывающая положение этого атома углерода в цепи, повторяется дважды; Для одинаковых заместителей употребляются префиксы ди-, три-, тетра-, пента- и т.д.; Если имеются две цепи одинаковой длины, выбирается та из них, которая содержит наибольшее число заместителей.


8

1 2 3 4 5 67

8

1 2 34 5 6 7

8

9

1234567

812345678

9

3-метил-6-этилнонан (правильно!) 3-метил-6-пропилоктан (не правильно!)

7-метил-4-этилнонан (не правильно!) 6-метил-3-пропилоктан (не правильно!)


9

12 3 4 5 6 7

2,2,3,3,5,6,6-гептаметилгептан


10

5-(трет-бутил)-4-изопропил-2,2,6,7-тетраметилоктан

12

34

5

67 8


11

3-(втор-бутил)-1-изопропил-4,5-диметил-1-этилциклогексан

12 3 4

56

Конформация алканов Конформация этана и пропана

12

Конформации - различные пространственные формы молекул, возникающие в результате вращения вокруг простых одинарных углерод-углеродных (углерод-гетероатом) связей.

H

H

H

H

H

H H

H H

H

H HH

H H

H

HH

заслоненная заторможенная


13

заслоненная

заторможенная

H

H H

H

H H

H

H H

H

HH

H

H H

H

HH

H

H

H

H

HH


14

H2

H3 H1

H1

H2H3

H3 H1

H2

H1

H2

H3

H2

H3 H1

H3

H1H2

H3 H1

H2

H3

H1

H2

H2

H3 H1

H2

H3H1

H3 H1

H2

H2

H3

H1

H2

H3 H1

H1

H2H3

Конформация алканов Конформация бутана

15

CH3

H HCH3

HH

H H

CH3

H

H

H3C

H

H3C HCH3

HH

H3C H

H

H

H

H3C

H

H CH3

CH3

HH

H CH3

H

H

H

H3C

CH3

H HCH3

HH

Конформация циклоалканов

16

RSEkcal/mol 27.6 26.2 6.3 0

RSEkcal/mol 6.4 9.9 12.8

Конформация циклоалканов Циклопропан

17

H

H

H

H

H

H

116 °

118 °

Конформация циклоалканов Циклобутан

18

H H

HH

H

H

H

H

HH

H H

H

H

H

H

114 °88°

Конформация циклоалканов Циклопентан

19

H

H

H

HH

H

H

H

H

H

Конформация циклоалканов Циклогексан

20

HaHe

Ha

He

Ha

Ha

He

He

Ha

He

Ha

He

HaHe

Ha

He

Ha

Ha

He

He

Ha

He

Ha

He


21


22

X

H

X

H

Keq

X Keq(e/a) X Keq(e/a)-F 1.7 Me 27-Cl 2.5 Et 30-Br 2.3 i-Pr 65-I 2.3 t-Bu >4300-OH 6.1 -CH2C(CH3)3 50-NH2 12.2 Ph 348-NMe2 60 CO2H

Алканы Химические свойства

23

X Y X Y:

X Y X: Y

X Y X Y

CH4 H3C H+ ΔH° = +104 kcal/mol

ΔH° = +314 kcal/molCH4 H3C H+

гомолитический разрыв связи

гетеролитический разрыв связи

Алканы Хлорирование алканов

24

Для алканов наиболее характерны радикальные реакции. Классической радикальной реакцией в химии алканов является реакция галогенирования.

CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl ΔΗ° = -25 kcal/mol200 °C

hv

Cl2 2Cl200 °C

hvΔΗ° = +58 kcal/mol

Cl + CH4 = H3C + HCl ΔΗ° = +1 kcal/mol

H3C + Cl2 = H3CCl + Cl ΔΗ° = -26 kcal/mol

Cl + H3C = H3CCl

H3C + CH3 = CH3CH3

Cl + Cl = Cl2

Инициирование реакции

Развитие цепи

Обрыв (рекомбинация) цепи

Алканы Хлорирование алканов

25

Энер

гия

координата реакции

ΔG1≠

ΔG2≠

ΔG°

Cl H CH3≠

H3C Cl Cl≠

Cl• + CH4

HCl + •CH3

CH3Cl + Cl•

Свободная энергия активации первой стадии превосходит энергию активации второй стадии. Это указывает на то, что при галогенировании метана первая стадия развития цепи является самой медленной (лимитирующей) и определяет скорость всего процесса . Из энергетической диаграммы следует, что хлорирование метана и других алканов - процесс экзотермический.

Алканы Бромирование, йодирование и фторирование алканов

26

Стадия РеакцияF2 Cl2 Br2 I2

Инициирование цепи 37 58 46 36

Развитие цепи-33

-71

1

-26

16

-24

33

-20

Обрыв цепи -37 -58 -46 -36Общая энтальпия

реакции -104 -25 -8 +13

ΔH°, kcal/mol

X2 = 2X

X• + CH4 = H3C• + HX

H3C• + X2 = CH3X + X•

X• + X• = X2

CH4 + X2 = CH3X + HX

F2 >> Cl2 > Br2 >> I2

Алканы Бромирование алканов

27

Энер

гия

координата реакции

ΔG1≠

ΔG2≠

Br• + CH4

H3C• + HBr

Br• + CH3Br

≠Br H CH3 ≠

H3C Br Br

Алканы Региоселективность галогенирования алканов

28

Региоселективность - явление, при котором один из путей разрыва и образования химических связей преобладает над остальными возможными путями.

H

H H

H HH

HH Cl2hv

CCl4, 25 °CCl

H H

H HH

HHH

H H

H ClH

HH

43 % 57 %

C2/C1 =(57:2)/(43:6) = 4:1

H

H HH

HH

H HH

HCl2

hv

CCl4, 25 °CCl

H HH

HH

H HH

HH

H HH

HH

H HH

Cl

36 % 64 %

C3/C1 =(36:1)/(64:9) = 5:1

Алканы Региоселективность галогенирования алканов

29

Бромирование более селективный процесс, чем хлорирование. А бром более региоселективный галогенирующий агент, чем хлор.

Br2150 °C

hv

BrBr

97 % 3 %

hv

CCl497 %

Br2

Br

Самостоятельная работа

30

1. Обязательно прочитать Реутова: том 1, стр. 317-361. 2. Для нижеприведенных соединений приведите названия

в соответствии с номенклатурой ИЮПАК.

3. Распишите механизм для нижеприведенной реакции

Cl2, hvCl

Cl

Cl

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

СПАСИБО ЗА ВАШЕ ВНИМАНИЕ!

лектор Бунев Александр Сиясатович

Институт Химии и Инженерной Экологии кафедра

«Химия, Химические Процессы и Технологии»

OrgChem Lecture 3 … · Алканы Общая информация 2 Алканы (CnH2n+2) - это простейший класс органических соединений,

Documents